Een thermometer werkt door de verandering in een fysieke eigenschap van een materiaal (zoals het volume of de elektrische weerstand) te meten met de temperatuur. Er zijn veel verschillende soorten thermometers, maar ze delen allemaal dit basisprincipe.

Het meest voorkomende type thermometer maakt gebruik van een vloeistof, zoals kwik of alcohol, die uitzet naarmate het warmer wordt. De vloeistof wordt vastgehouden in een glazen buis met een smalle boring, en de uitzetting van de vloeistof zorgt ervoor dat het vloeistofniveau in de buis stijgt of daalt. De hoogte van de vloeistofkolom wordt gekalibreerd om de temperatuur aan te geven.

Andere soorten thermometers gebruiken verschillende fysieke eigenschappen om de temperatuur te meten. Een thermokoppel maakt bijvoorbeeld gebruik van het Seebeck-effect, het genereren van een spanning wanneer twee verschillende metalen worden samengevoegd en verwarmd. De spanning is evenredig met het temperatuurverschil tussen de twee metalen.

Weerstandsthermometers maken gebruik van het feit dat de elektrische weerstand van een materiaal verandert met de temperatuur. De weerstand van een halfgeleider neemt bijvoorbeeld toe met de temperatuur. Een weerstandsthermometer gebruikt een halfgeleider om de temperatuur te meten, en de verandering in weerstand wordt omgezet in een spanning.

Digitale thermometers gebruiken een sensor om de temperatuur direct om te zetten in een elektrisch signaal. Het signaal wordt vervolgens verwerkt door een microcontroller om de temperatuur op een digitaal display weer te geven.

Ongeacht het type thermometer is het basisprincipe hetzelfde:meet een fysieke eigenschap die verandert met de temperatuur, en kalibreer de meting om de temperatuur aan te geven.